[중국] 수질 오염 제거 기술인 직접산화전환처리 연구 발표

중국과학기술대학 위한칭 교수팀과 예일 대학 메나켐 엘리멜렉 교수 공동 연구

학술지 『네이처 커뮤니케이션즈』에 게재

 

중국과학원(Chinese Academy of Sciences) 중국과학기술대학(University of Science and Technology of China, USTC)의 위한칭(YU Hanqing) 교수가 이끄는 연구팀과 예일 대학(Yale University)의 메나켐 엘리멜렉(Menachem Elimelech) 교수가 공동으로 직접산화전환처리(direct oxidative transfer process, DOTP)인 새로운 수질 오염 제거 기술을 개발했다고 밝혔다. 이번 연구는 『네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)』에 게재됐다.

기존의 연구에서 유기 오염 물질의 제거는 외부 에너지나 화학 물질의 투입을 필요로 하는 고도산화처리(AOP)에 달려있었다. 그러나 오염물질이 방출하는 전자당량(electron equivalent)은 산화제에 의해 소모된 전자당량보다 훨씬 높은 것으로 밝혀져 AOP로 설명할 수 없었다.

연구팀은 AOP와 근본적으로 다른 DOTP가 이질적인 산화 시스템(heterogeneous oxidative system)을 지배한다는 점을 명확히 했다. DOPT에서는 촉매 표면에서 오염물질과 산화제 사이의 직접적인 산화환원 반응이 일어났다. 형성된 생성물은 안정화되고 표면 중합 또는 결합 반응을 자발적으로 거쳤다. 그 결과 생성물이 촉매 표면에 축적되어 수생 오염 물질의 효과적으로 제거하는데 기여했다.

본 연구에서는 이질적인 촉매가 반응물이나 생성물의 활성화, 안정화 및 축적에 중요한 역할을 하는 것으로 나타났다. 또한 산화제 소비량이 적고 오염 물질 축적 용량이 높으며 독성 부산물이 없다는 특징이 있다. 따라서 DOTP는 수질 오염 통제 및 하수 처리에 더 많은 적용이 가능할 것으로 예상된다.

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Direct Oxidative Transfer Process Contributes to Water Purification

A research team led by Prof. YU Hanqing from the University of Science and Technology of China (USTC) of the Chinese Academy of Sciences, collaborating with Prof. Menachem Elimelech from Yale University, developed a new water decontamination technology, the direct oxidative transfer process (DOTP). The study was published in Nature Communications.

Previous investigations showed that the removal of organic pollutants from water depends on an advanced oxidation process (AOP), which requires external energy or chemical input. However, it was discovered that the electron equivalent released by the pollutants was much higher than the oxidant-consumed electron equivalent, which could not be explained by AOP.

Researchers clarified that DOTP, fundamentally different from AOP, dominated the heterogeneous oxidative system. In DOPT, a direct redox reaction between pollutants and oxidants occurred on the catalyst surface. Products formed were stabilized and spontaneously underwent surface polymerization or coupling reaction. As a result, products accumulated on the catalyst surface, contributing to the effective elimination of aquatic pollutants.

The study reveals that the heterogeneous catalyst plays an important role in the activation, stabilization and accumulation of reactants or products. Additionally, it features low oxidant consumption, high pollutant accumulating capacity, and zero toxic byproducts. Thus, DOTP is expected to find further applications in water pollution control and wastewater treatment.

[출처 = Chinese Academy of Science(https://english.cas.cn/newsroom/research_news/chem/202206/t20220627_306945.shtml) / 2022년 6월 27일]